摘 要：
与硅器件相比，碳化硅金属氧化物半导体场效应管（SiC MOSFET）具有更高的开关频率与开关速度，使得传统驱动下SiC MOSFET 受寄生参数影响电压尖峰问题更为严重。而现有抑制瞬态电压尖峰方法作用有限，往往会增加开关延时与 开关损耗且控制程度复杂。因此文章结合有源箝位电路与注入栅极电流抑制电压尖峰的方法，提出了一种改进驱动电路。首先，阐明SiC MOSFET瞬态电压尖峰产生原理。其次，在有源箝位电路与注入栅极电流抑制电压尖峰前提下，基于控制辅助三极管开通与关断，注入栅极电流思想，提出一种在栅源极增加三极管串联电容的改进驱动电路方法，并分析了其工作原理，给出了设计参数。最后，搭建了双脉冲测试平台，对抑制瞬态电压尖峰的改进驱动电路实用性及有效性进行了验证。
近些年，随着电力电子技术的发展，航空、电动汽车、新能源发电及石油钻井等领域对电力电子变换器提出更高的要求，即实现高压、高频、高功率密度”。因此以SiC MOSFET为代表的宽禁带半导体器件因其高开关速度、高开关频率及高热导率等²，受到人们广泛关注。然而随着SiC MOSFET开关频率及速度提高，电力电子变换器受电路中寄生参数影响加剧，关断瞬态电压尖峰更为严重。瞬态电压的尖峰不仅危及开关管的安全，也会降低电力电子变换器的功率密度，加剧电力电子变换器电磁干扰“。目前现有抑制电压尖峰方法大多牺牲了开关速度，从而影响SiC MOSFET开关损耗及变换器效率等。因此，本文在分析电压尖峰产生原理基础上，在注入栅极电流抑制电压尖峰前提下，提出了一种在栅源极增加有源箱位电路的改进驱动方法，改进后的驱动电路具有抑制尖峰效果好、开关损耗较小、控制方法简单特点。本文首先分析瞬态电压尖峰产生原理，其次分析了改进驱动电路工作原理，最后在双脉冲测试平台验证了该改进驱动电路的实用性。
2、改进驱动电路工作原理
由分析可知，抑制瞬态电压尖峰问题最传统的抑制方法是增加驱动电阻、增加缓冲电路”2和优化器件封装结构及功率回路寄生参数。增加驱动电阻，能够抑制SiC MOSFET尖峰问题，但同时会增加开关过程损耗。增加缓冲电路对关断电压尖峰有好的抑制效果，但由于缓冲电路存在无源器件会带来额外损耗。优化器件封装结构成本较高且一般耗时比较长，PCB布局优化则需要考虑大量的因素。另一类主要是采用新型的驱动电路进行电压尖峰抑制，该方法往往成本较高、控制复杂、实现难度大。
图4-图6，分别给出了传统采用RCD抑制电压尖峰波形、典型设计驱动电路抑制电压尖峰波形及本文所提出的改进驱动电路抑制电压尖峰波形。从实验结果分析可知，本文提出的改进驱动电路与传统及典型的抑制电压尖峰方法相比，关断过程电压尖峰的抑制效果相当。但是采用RCD吸收电路会使器件开关过程产生额外损耗，导致关断损耗增大。典型驱动电路通过控制MOSFET开通与关断的辅助之路完成栅极电流注入进而抑制了电压尖峰，该方法由于采用MOSFET控制元件，需单独控制信号。因此基于以上所述，本文通过对驱动电路改进，如表1所示，实现了对电压尖峰有效抑制，且采用改进控制三极管的辅助支路结构相对简单。
4、结束语
本文所提出的改进驱动电路设计，将有源箱位电路与注入栅极电流抑制电压尖峰方法进行结合，通过箱位电路中分压检测电路检测栅源极电压信号控制三极管导通与关断，进而将电流注入到栅极，在牺牲较少损耗、无需产生单独控制信号的情况下，对电压尖峰进行有效抑制，最后，通过实验验证了该改进驱动电路的有效性。
如您对我们的产品感兴趣，欢迎联系
我们将为您提供高效、贴心的解决方案！
咨询电话：135 1009 9916（微信同号）
点击下方图片免费领取产品规格书
想深入了解碳化硅功率器件产品知识？点击→「碳化硅（SiC）课堂」获取详情！
